[发明专利]一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法

说明书

本发明公开了一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法，使用宽带白噪声源、滤波器、可调射频衰减器、射频放大器、直流驱动电源、偏置器模块和半导体激光器构成相干可控激光光源；针对平行平板类光学元件多表面干涉特性，使用宽带白噪声电流调制半导体激光器获得高旁瓣抑制比的短相干光，避免多表面干涉条纹串扰；使用可调射频衰减器调节白噪声信号强度，实现自长相干到短相干的相干长度可控，逐步缩短干涉条纹存在区间，快速定位干涉测量零光程差位置，完成多表面干涉元件形貌的测量。与现有方法相比，本发明提出的方法在增加了零光程差位置定位速度的同时，提高了多表面形貌测试的测量精度、装置集成度和简易性，更适宜于产业化。

技术领域

本发明属于干涉仪光源技术，具体涉及一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法。

背景技术

随着天文观测、光刻机、激光核聚变等高精尖技术领域的快速发展，大口径高精度平行平板、硅晶圆、ICF靶球等多表面干涉元件的应用越来越广泛，这些多表面干涉元件的面形偏差对应用效果有重要影响，也对其形貌检测提出了新的要求。多表面干涉元件的形貌在使用He-Ne激光等长相干光源干涉测量时，其前后表面反射光均发生干涉，干涉条纹图中存在着多组干涉条纹，导致无法正常解算出多表面形貌信息。

常见的多表面形貌测试方法包括：①采用波长调谐激光器波长扫描干涉测量，可将多表面干涉信息分离从而解算出多表面形貌信息，但此方法受限于激光器波长调谐范围仅可测量毫米级厚度的多表面干涉元件形貌，无法满足硅晶圆等元件的测量需求；②白光扫描干涉法，可实现薄层多表面干涉元件0.1nm级高精度的形貌检测，但其光源亮度低，视场小，干涉条纹定位困难，仅适用于微观形貌检测；③短相干干涉测量法，利用相干长度较短的光源，可避免多表面干涉条纹串扰，可精确测量多表面干涉元件的表面形貌，中国科学院张文喜等人，采用频率700MHz的电流调制半导体激光器，获得了相干长度80μm的短相干光源；上海电力大学的初凤红等人，通过研究激光器斜率效率、偏置电流、射频信号频率和幅值对LD相干长度的影响，采用950MHz、幅值19dBm的电流调制半导体激光器，获得了相干长度90μm的短相干光源，提高了干涉条纹对比度。但短相干光源相干长度低至数百甚至数十微米时，被测件仅在极短距离内能产生干涉条纹，同时受限于调节光程位移装置的调节步进及精度误差，条纹定位难度大。

针对短相干干涉测量中干涉条纹定位难度大的问题，使用相干长度可控的激光光源，扩大干涉条纹存在范围找到干涉条纹，并逐步缩短想干长度，缩小干涉条纹搜索范围，实现零光程差位置的快速精准定位；此外，现有短相干光源方案存在着干涉旁瓣多，旁瓣抑制比低的问题，影响干涉包络主峰的寻找，宽带白噪声电流调制半导体激光器旁瓣抑制比高，可减小干涉旁瓣对零光程差位置定位和干涉测量的影响。本发明提出一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法，可适配不同结构干涉仪完成多表面干涉元件表面形貌的干涉测量，采用可调射频衰减器和宽带白噪声源，解决零光程差位置难定位和干涉旁瓣抑制两大关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法，操作简单、装置集成度高、可以快速定位零光程差位置。

本发明的技术解决方案为：一种基于相干可控激光的多表面形貌测试方法，步骤如下：

步骤1、将相干可控激光光源与干涉仪通过光纤接头连接，转入步骤2。

其中，相干可控激光光源包括依次连接的宽带白噪声源、第一射频连接线、滤波器、第二射频连接线、可调射频衰减器、第三射频连接线、射频放大器、第四射频连接线、偏置器模块、第五射频连接线、半导体激光器、保偏光纤；还包括通过导线连接在偏置器模块上的直流驱动电源；保偏光纤通过光纤接头连接干涉仪。

步骤2、将多表面干涉元件置于干涉仪内的测试光路中，控制干涉腔长使测试光路光程大于参考光路1～3cm，转入步骤3。